Işın (optik) - Ray (optics)

Olarak optik bir ışın idealize edilmiş bir modeldir ışık dik olan bir çizgi seçerek elde edilen dalga cephelerinin gerçek ışık ve yönünde bu nokta enerji akışı . Işınlar , gerçek ışık alanını , ışın izleme teknikleri ile sistem boyunca hesaplamalı olarak yayılabilen ayrık ışınlara bölerek, ışığın bir optik sistem aracılığıyla yayılmasını modellemek için kullanılır . Bu, çok karmaşık optik sistemlerin bile matematiksel olarak analiz edilmesini veya bilgisayar tarafından simüle edilmesini sağlar. Işın izleme , ışık dalgaları boyutları ışığın dalga boyundan çok daha büyük olan nesnelerin içinde ve çevresinde yayıldığı sürece geçerli olan Maxwell denklemlerinin yaklaşık çözümlerini kullanır . Işın teorisi ( geometrik optik ), dalga teorisi gerektiren kırınım gibi fenomenleri tanımlamaz . Girişim gibi bazı dalga fenomenleri , sınırlı durumlarda ışın modeline faz eklenerek modellenebilir .

Tanım

Bir ışık ışını, ışığın dalga cephelerine dik olan bir çizgidir ( düz veya eğri ) ; Bunu teğet olan kolineer ile dalga vektörü . Homojen ortamlardaki ışık ışınları düzdür. Birbirine benzemeyen iki ortam arasındaki arayüzde bükülürler ve kırılma indisinin değiştiği bir ortamda eğri olabilirler . Geometrik optik , ışınların bir optik sistem içinde nasıl yayıldığını tanımlar. Görüntülenecek nesneler, her biri küresel dalga cepheleri ve karşılık gelen dışa doğru ışınlar üreten bağımsız nokta kaynaklarının koleksiyonları olarak ele alınır. Her nesne noktasından gelen ışınlar, görüntü üzerinde karşılık gelen noktayı bulmak için matematiksel olarak yayılabilir.

Bir ışık ışını için biraz daha kesin bir tanım, bir ışık ışını tarafından iki nokta arasında alınan yolun, en kısa sürede geçilebilecek yol olduğunu belirten Fermat ilkesinden gelir .

özel ışınlar

Optik modellemede bir optik sistemi analiz etmek için kullanılan birçok özel ışın vardır. Bunlar, modellemek için kullanıldıkları sistem tipine göre gruplandırılarak aşağıda tanımlanmış ve açıklanmıştır.

Yüzeylerle etkileşim

Bir yüzey, en ışınların şeması olan geliş açısı , bir yansıma açısı ve bir kırılma açısı .
  • Bir olay ışını , biryüzeyeçarpan bir ışık ışınıdır. Bu ışın ileyüzeyedik veyanormalarasındakiaçı, gelme açısıdır.
  • NS Belirli bir gelen ışına karşılık gelen yansıyan ışın , yüzeyden yansıyan ışığı temsil eden ışındır. Yüzey normali ile yansıyan ışın arasındakiaçıya yansıma açısı denir. Yansıma Yasası,aynasal(dağılmayan) bir yüzey için yansıma açısının her zaman gelme açısına eşitolduğunu söyler.
  • NS belirli bir gelenışınakarşılık gelen kırılan ışın veyailetilen ışın, yüzeyden iletilen ışığı temsil eder. Bu ışın ile normal arasındakiaçı kırılma açısıolarak bilinirveSnell Yasasıile verilir. Enerjininkorunumu, gelen ışındaki gücün, kırılan ışındaki gücün, yansıyan ışındaki gücün ve yüzeyde emilen herhangi bir gücün toplamına eşit olmasını gerektirir.
  • Materyal çift ​​kırılımlıysa , kırılan ışın , çift kırılımlı materyalden geçerken farklı kırılma indeksleri yaşayan sıradan ve olağanüstü ışınlara bölünebilir .

optik sistemler

Tipik ana ve marjinal ışınları gösteren basit ışın diyagramı
  • Bir meridyen ışını veya teğetsel ışın , sistemin optik eksenini içeren düzlemle ve ışının çıktığı nesne noktasıyla sınırlı olan bir ışındır.
  • Bir eğri ışın nesne noktası ve optik ekseni iki içeren bir düzlem içinde yaymak olmayan bir ışındır. Bu tür ışınlar optik ekseni hiçbir yerde geçmez ve ona paralel değildir.
  • Marjinal ışını (bazen bir şekilde bilinmektedir bir ışın ya da bir kenar eksenel ray bir optik sistem olarak) meridional ray nesne, optik eksenini kestiği ve kenarına temas noktasında başlar açıklık durdurma sistemi. Bu ışın, görüntünün oluşturulacağı noktalarda tekrar optik ekseni kestiği için kullanışlıdır. Konumlarında optik eksenden marjinal ray mesafesi giriş pupili ve çıkış deliğinin (öğrenci çünkü her bir göz bebeği boyutları tanımlar görüntü açıklık stop).
  • Temel ray ya da baş ışını (bazen bilinen b ray bir optik sistem olarak), nesnenin kenarı başlar, ve açıklık durdurma merkezinden geçen meridyen ışındır. Bu ışın, öğrencilerin konumlarında optik ekseni geçer. Bu tür ana ışınlar, iğne deliği kamerasındaki ışınlara eşdeğerdir. Bir görüntü konumunda ana ışın ile optik eksen arasındaki mesafe görüntünün boyutunu tanımlar. Marjinal ve ana ışınlar birlikte , optik sistemin verimini veya sonucunu karakterize eden Lagrange değişmezini tanımlar . Bazı yazarlar, her nesne noktası için bir "ana ışın" tanımlar . Cismin kenarında bir noktada başlayan asal ışın, daha sonra marjinal asal ışın olarak adlandırılabilir .
  • Bir sagital ışın veya enine ray eksen dışı bir nesne noktasından gelen bir ışın olduğu meridyen düzlemine dikey olan ve ana ray içeren bir düzlemde yayılır. Sagital ışınlar, gözbebeği ışının nesne noktası için meridyen düzlemine dik olan ve optik eksenden geçen bir çizgi boyunca kesişir. Eksen yönü z ekseni olarak tanımlanmışsa ve meridyen düzlemi y - z düzlemi ise, sagital ışınlar pupillayı y p = 0'da keser . Ana ışın hem sagital hem de meridyendir. Diğer tüm sagital ışınlar çarpık ışınlardır.
  • Bir paraksiyal ışın sisteminin optik eksenine küçük bir açı yapan bir ışın ve yalan sistemde eksenine kapatın. Bu tür ışınlar, paraksiyal yaklaşım kullanılarak oldukça iyi bir şekilde modellenebilir . Işın izlemeyi tartışırken bu tanım genellikle tersine çevrilir: "eksensiz ışın", eksene yakın kalan bir ışın değil, paraksiyel yaklaşım kullanılarak modellenen bir ışındır.
  • Bir sonlu ışın veya gerçek ışını paraxial tahminini yapmadan takip edilen bir ışın olduğunu.
  • Bir parabazal ışın , optik eksenden ziyade tanımlanmış bazı "temel ışın"a yakın yayılan bir ışındır . Bu, optik eksen etrafında simetrisi olmayan sistemlerde paraksiyel modelden daha uygundur. Bilgisayar modellemede, parabazal ışınlar "gerçek ışınlardır", yani paraksiyel yaklaşım yapılmadan işlenen ışınlardır. Optik eksen etrafındaki parabazal ışınlar bazen optik sistemlerin birinci dereceden özelliklerini hesaplamak için kullanılır.

Fiber optik

Ayrıca bakınız

Referanslar